高中生物《第四章_第二节_种群数量的变化》课件1_新人教版必修3

1、外界环境外界环境性别比例性别比例出生率、死亡率出生率、死亡率迁入率、迁出率迁入率、迁出率年龄组成年龄组成决定密度大小决定密度大小种群密度种群密度预测变化方向预测变化方向影响数量变动影响数量变动中国水利网中国水利网宁波、昆明、武汉等地，人躺宁波、昆明、武汉等地，人躺在铺满在铺满水葫芦水葫芦的湖面上，可以不沉；上海去年的湖面上，可以不沉；上海去年3 3万吨的水葫芦打捞量，今年已翻了万吨的水葫芦打捞量，今年已翻了3 3倍有余，上倍有余，上升至升至1010万吨；水葫芦所带来的水体万吨；水葫芦所带来的水体富营养化富营养化，让越来越多的水中生物痛失让越来越多的水中生物痛失“家园家园”。国家地理国家地理在几

2、百年前，在几百年前，金丝猴金丝猴在许多地区在许多地区广泛分布，人口的增加和山林的破坏使金丝猴广泛分布，人口的增加和山林的破坏使金丝猴的分布区越来越小。现在，黔金丝猴的数量只的分布区越来越小。现在，黔金丝猴的数量只有有500500600600只，处于濒危状态，只在贵州省的只，处于濒危状态，只在贵州省的梵净山区生存。滇金丝猴生活在云南西北部、梵净山区生存。滇金丝猴生活在云南西北部、西藏东南端及四川西部长江上端金沙江上游的西藏东南端及四川西部长江上端金沙江上游的高山中，数量不到高山中，数量不到20002000只，也处境濒危。只，也处境濒危。第第2 2节节 种群数量的变化种群数量的变化 v学习重点：学

3、习重点：尝试建立种群在实验条件下模尝试建立种群在实验条件下模式增长的简单数学模型，并据此解释种群式增长的简单数学模型，并据此解释种群数量的变化。数量的变化。v学习难点：学习难点：怎样确定种群的增长模式，构怎样确定种群的增长模式，构建出数学模型。建出数学模型。在营养和生存在营养和生存空间没有限制空间没有限制的情况下，某的情况下，某种细菌每种细菌每20min20min就通过分裂增就通过分裂增殖一次。殖一次。 在营养和生存空间没有限制的在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每情况下，某种细菌每2020分钟就通过分钟就通过分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。时间时间（min)20 40 60 80100

4、120 140 160 180分裂次数分裂次数数量（个）数量（个）248163264128 256 5121234567891.1.填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为minmin）产生后代的数量。）产生后代的数量。2 2n n代细菌数量的计算公式是：代细菌数量的计算公式是：3 372小时后，由一个细菌分裂产生小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？的细菌数量是多少？解：解：n 60 min 72 h20 min216Nn2n 2 2164.4.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。画出细菌的

5、数量增长曲线。20406080100 120140160180时间时间/ /分钟分钟细菌数量细菌数量/ /个个用来描述一个系统或它的性质的数学形式用来描述一个系统或它的性质的数学形式数学方程式数学方程式曲线式曲线式为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学模型建构数学模型建构是常用的方法之一。是常用的方法之一。数学模型数学模型数学模型建构的一般过程数学模型建构的一般过程 提出问题提出问题 作出假设作出假设 建立模型建立模型 模型的检验与评价模型的检验与评价细菌每细菌每20min分裂一次分裂一次在资源和空间无限多的环在资源和空间无限多的环境中，细菌种

6、群的增长不境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响会受种群密度增加的影响 列出表格，根据表格画曲线，列出表格，根据表格画曲线，推导公式。推导公式。Nn=2n ， N代表细菌数量，代表细菌数量，n表示第几代表示第几代观察、统计细菌数量，对观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检自己所建立的模型进行检验或修正验或修正研究实例研究实例研究方法研究方法观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题提出合理的假设提出合理的假设根据实验数据，用适当的根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进数学形式对事物的性质进行表达行表达通过进一步实验或观察等，通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正对模型

7、进行检验或修正一、种群增长的一、种群增长的“J”J”型曲线型曲线在食物和空间条件充在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，敌害等理想条件下，种群的数量变化种群的数量变化在自然界中，种群的数量变化会出现在自然界中，种群的数量变化会出现J J型曲线吗？型曲线吗？课本课本P66P66页，实例页，实例理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型- -J J型增长的数学模型型增长的数学模型 模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：N N0 0为某种动物种群的起为某种动物种群的起始数量，始数量，t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群

8、的数量，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。模型假设：模型假设：在食物和空间条件充裕、在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的第二年的数量是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为： N Nt t = = N N0 0t t产生条件：产生条件： 理想状态理想状态食物充足，空间充裕，环境适宜，没有食物充足，空间充裕，环境适宜，没有敌害等敌害等。增长特点：增长特点： 种群数量每年以一定的倍数增长，

9、第种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的二年是第一年的倍倍量的计算：量的计算：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 Nt=N0 t （N N0 0为为起始数量起始数量， t t为为时间时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的数量年后该种群的数量，为为该种群数量是一年前种群数量的倍数该种群数量是一年前种群数量的倍数） J J型曲线的两种情况：型曲线的两种情况：实验室条件下；一个种群刚迁入一个新的适宜环境实验室条件下；一个种群刚迁入一个新的适宜环境。J J型增长能否一直持续下去？型增长能否一直持续下去？O 时间时间种种群群增增长长速速率率种群种群J J型增长速率型增长速率自然状态下，

10、种群增长的趋势是怎样的呢？自然状态下，种群增长的趋势是怎样的呢？高斯对大草履虫种群研究的实验高斯对大草履虫种群研究的实验高斯把高斯把5 5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL0.5mL的培养液中，每的培养液中，每隔隔2424小时统计一次数据，经过反复实验，结果小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：如下：二、种群增长的二、种群增长的“S”S”型曲线型曲线二、种群增长的二、种群增长的“S”S”型曲线型曲线二、种群增长的二、种群增长的“S”S”型曲线型曲线1.1.产生条件：产生条件：自然条件（现实状况）自然条件（现实状况）- -食物和空间总是有限食物和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者数

11、量不断增的，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加，导致种群的出生率降低，死亡率增高。加，导致种群的出生率降低，死亡率增高。出生率出生率= =死亡率时，种群停止增长趋于稳定死亡率时，种群停止增长趋于稳定二、种群增长的二、种群增长的“S”S”型曲线型曲线2.2.增长特点：增长特点：种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值），值），将停止增长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。K K值：值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量量。

12、想一想想一想同一种群同一种群K K值是固定不变的吗？种群数量达到值是固定不变的吗？种群数量达到K K值时，都能维持稳定吗？值时，都能维持稳定吗？不是固定不变，会受到环境各种因素的影响；不是固定不变，会受到环境各种因素的影响；种群数量达到种群数量达到K K值时不能在值时不能在K K值维持稳定，自然值维持稳定，自然种群的数量达到种群的数量达到K K值时，仍有变动，其变动方式值时，仍有变动，其变动方式或有周期性，或不规则，稳定在或有周期性，或不规则，稳定在K K值是不现实的。值是不现实的。时间时间 t02468101214161820酵母数酵母数 N9.629.0 71.1 174.6 350.7

13、513.0 594.8 641.0 655.9 661.8 665.0 增长速度增长速度 v(个个/2小时小时)19.4 42.1 103.5 176.1 162.3 81.8 46.2 14.9 5.9 3.2 350.7665.0176.1020040060080036912151821小时小时酵母数酵母数k/2K=710K=710酵母菌种群数量变化酵母菌种群数量变化A二、种群增长的二、种群增长的“S”S”型曲线型曲线K/2 t0 t1 t2 时间时间种群数量种群数量K t0 t1 t2 时间时间 0 K/2 K 数量数量增增长长速速率率种群增长的种群增长的“S”S”型曲线及相关增长速率图

14、型曲线及相关增长速率图分析种群数量分析种群数量“S”S”曲线中各阶段的含义曲线中各阶段的含义大多数种群的数量总是在波动之中的，在大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。三、种群数量的波动和下降三、种群数量的波动和下降东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素直接因素：直接因素：出生率、死亡率、迁入率、迁出率出生率、死亡率、迁入率、迁出率间接因素：间接因素：食物、气候、传染病、天敌食物、气候、传染病、天敌重要因素：重要因素：人类的活动人类的活动三、种群数量的波动和下降三、种群数量

15、的波动和下降增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等v1.1.野生生物资源合理利用和保护野生生物资源合理利用和保护鱼类鱼类的捕捞的捕捞v2.2.害虫的防治害虫的防治蝗虫的防治蝗虫的防治v3 .3 .拯救和恢复濒危动物种群拯救和恢复濒危动物种群v4 .4 .为人工养殖及种植业中合理控制种群数为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。四、研究种群数量变化有何意义？四、研究种群数量变化有何意义？苍鹭的保护苍鹭的保护野猪的保护野猪的保护救护被困的鲸鱼救护被困的鲸鱼全力防蝗减灾全力防蝗减灾项目项目“J”“J”型增长曲线型增长曲线“S”“

16、S”型增长曲线型增长曲线条件条件无限环境无限环境( (理想条件理想条件) )有限环境（自然条件）有限环境（自然条件）模型假设模型假设食物和空间条件充裕、食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。气候适宜、没有敌害等。增长率不随种群密度的增长率不随种群密度的变化而变化。变化而变化。食物和空间条件有限、食物和空间条件有限、气候多变、存在敌害等。气候多变、存在敌害等。增长率随种群密度的变增长率随种群密度的变化而变化。化而变化。建立模型建立模型N Nt t= =N NO Ot tK K为环境的容纳量为环境的容纳量种群增长率种群增长率不变不变先增加后减少先增加后减少探究培养液中酵母菌种群的探究培养液中酵

17、母菌种群的数量变化数量变化v单细胞单细胞真核真核生物生物, ,异养异养生物生物v生长周期生长周期短短，增殖速度，增殖速度快快v还可以用酵母菌作为实验材料研究还可以用酵母菌作为实验材料研究 探究酵母菌的呼吸方式探究酵母菌的呼吸方式v血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。生物的一种仪器。v计数时，常采用计数时，常采用样方法样方法。实验实验 探究培养液中酵母菌数量的变化探究培养液中酵母菌数量的变化一一. .实验原理实验原理. .用液体培养基培养酵母菌用液体培养基培养酵母菌, ,种群的增长受培养液的成分种群的增长受培养液的成分, ,空间空间,

18、,温温度度,PH,PH等等 因素的影响因素的影响. . .在理想的条件下在理想的条件下, ,酵母菌种群的增长呈酵母菌种群的增长呈“J J”型曲线；在各种资源有型曲线；在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下，酵母菌种群增长呈限或者存在环境阻力的情况下，酵母菌种群增长呈“S S”型曲线。型曲线。二二. .提出问题提出问题培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的? ?三三. .作出假设作出假设在环境资源有限的条件下在环境资源有限的条件下, ,酵母菌的数量变化随时间呈酵母菌的数量变化随时间呈“S S”型增长曲线型增长曲线 材料用具材料用具酵母菌菌种酵母菌菌种, ,无

19、菌马铃薯培养液或者肉汤培养液或肉汤培养液，无菌无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液或肉汤培养液，无菌水水, ,试管血球计数板，滴管，显微镜等试管血球计数板，滴管，显微镜等四实验步骤四实验步骤 将将10ml10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中 将酵母菌接种到支试管中将酵母菌接种到支试管中. . 培养培养 将试管放在将试管放在2828的恒温箱中培养的恒温箱中培养7 7天。天。 计数计数 每天取样计数酵母菌的数量，连续观察每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7 7天并记录这天并记录这7 7天的数值。天的数值。抽样检验法抽样检验法：将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取：将盖

20、玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计计数室内，计数室内， 待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在在载物台中央，计数一个小方格内酵将计数板放在在载物台中央，计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计培养液中酵母菌总数。母菌数量，再以此为依据估计培养液中酵母菌总数。盖玻片下培养液的厚度为盖玻片下培养液的厚度为0.1mm0.1mm，可以计算出整个计，可以计算出整个计数室的体积，从而换算出数室的体积，从而换算出10ml10ml培养液中酵母菌的总培养液中酵母菌的总数。数。第第 1

21、1 天天第第 3 3 天天第第 6 6 天天第第 7 7 天天死亡死亡活菌数活菌数出生率出生率 死亡率死亡率出生率出生率死亡率死亡率出生率出生率 死亡率死亡率如果是如果是1616个中方格的计数板，设个中方格的计数板，设4 4个中方格的总菌数为个中方格的总菌数为A A，则：，则：1mm1mm440000X BX B=50000AB（个（个）下面以一个大方格有下面以一个大方格有2525个中方格的计数板为例进行计算：设五个中方格中总菌数个中方格的计数板为例进行计算：设五个中方格中总菌数为为A A，菌液稀释倍数为，菌液稀释倍数为B B，那么，一个大方格中的总菌数，那么，一个大方格中的总菌数1mm1mm

22、试管试管编号编号培养液培养液/mL/mL无菌水无菌水/mL/mL酵母菌母酵母菌母液液/mL/mL温度温度（）A A10100.10.12828B B10100.10.15 5C C10100.10.12828 针对针对“培养液中酵母菌种群数量的动态变培养液中酵母菌种群数量的动态变化化”，有人提出了新的问题，某同学按下表完，有人提出了新的问题，某同学按下表完成了有关实验。成了有关实验。 温度、营养物质对酵母菌生长的影响温度、营养物质对酵母菌生长的影响 四实验步骤四实验步骤 将试管分为将试管分为A,B,CA,B,C三组三组, ,每组每组7 7支试管支试管 向向A,BA,B两组每支试管中分别加入两组

23、每支试管中分别加入10ml10ml马铃薯培养液；向马铃薯培养液；向C C组每支试组每支试管中加入管中加入10ml10ml无菌水无菌水. . 接种接种 将等量酵母菌接种到每组各支试管中将等量酵母菌接种到每组各支试管中. . 培养培养 将将A,CA,C两组放在两组放在2828的恒温箱中培养的恒温箱中培养7 7天天, ,将将B B组放在组放在5 5 恒温恒温 箱中培养箱中培养7 7天。天。 计数计数 每天取样计数酵母菌的数量，连续观察每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7 7天并记录这天并记录这7 7天的数值。天的数值。 A A组组: 10ml : 10ml 马铃薯培养液马铃薯培养液+28+28 B

24、B组组: 10ml : 10ml 马铃薯培养液马铃薯培养液+5+5 C C组组: 10ml : 10ml 无菌水无菌水 + 28 + 28五五. .分析结果分析结果 得出结论得出结论 将所得的数值记录在表格中将所得的数值记录在表格中, ,然后再转化成曲线图表示出来然后再转化成曲线图表示出来, ,分析实验结分析实验结果是否支果是否支 持你的假设持你的假设次数次数12345678时间时间/h/h024487296120 144 168酵母酵母菌数菌数(106ml-1)A0.85.25.64.82.00.80.40.08B0.81.22.02.83.23.63.23.0C0.80.40.100000

25、6ABC/h729612002414416848-1酵母菌数酵母菌数(106mL-1)时间时间/h/h 实验中需要注意的几个问题: 从试管中吸取培养液进行计数之前从试管中吸取培养液进行计数之前, ,建议你将试管轻轻震建议你将试管轻轻震荡几次荡几次, ,这是为什么这是为什么? ?目的是使培养液中的酵母菌分布均匀目的是使培养液中的酵母菌分布均匀, ,保证计数的正确性保证计数的正确性. . 本探究需要设置对照吗本探究需要设置对照吗? ?如果需要如果需要, ,请讨论对照组应该怎请讨论对照组应该怎样设计和操作样设计和操作 ? ? 根据实验目的根据实验目的, , 本探究实验不需要设对照实验本探究实验不需要

26、设对照实验, ,也不用重复也不用重复. .如果要探究不如果要探究不 同环境条件下酵母菌数量的变化同环境条件下酵母菌数量的变化, ,可以设置对照实验可以设置对照实验. .如如: : A A组组: 10ml : 10ml 马铃薯培养液马铃薯培养液+28+28 B B组组: 10ml : 10ml 马铃薯培养液马铃薯培养液+5+5 C C组组: 10ml : 10ml 无菌水无菌水+28+28 对于压在小方格界限上的酵母菌对于压在小方格界限上的酵母菌, ,应当怎样计数应当怎样计数? ?应计数两个相邻的边及其顶角的酵母菌应计数两个相邻的边及其顶角的酵母菌盛年不重来，一日难再晨。及时当勉励，岁月不待人。

27、 陶渊明B B1.1.在下列图中，表示种群在无环境阻力的状况下增长的在下列图中，表示种群在无环境阻力的状况下增长的是（是（ ）2.2.如图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线如图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内竞争图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内竞争增强（增强（ ）A ACDCD段（增长速度慢）段（增长速度慢） B BDEDE段（速度加快）段（速度加快）C CEFEF段（变化速率加快）段（变化速率加快） D DFGFG段（速度逐渐变慢）段（速度逐渐变慢）D D3.3.种群在理想环境中，呈种群在理想环境中，呈“J”J”型